CN114119879A - 一种基于vr的管道异常监测方法及系统 - Google Patents

一种基于vr的管道异常监测方法及系统 Download PDF

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罗明璋
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Abstract

本发明公开了一种基于VR的管道异常监测方法及系统，方法包括构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景；获取并存储各个所述管段的运行参数信息；根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。本发明提出的技术方案的有益效果是：在使用时，当某些管段发生异常时，在三维虚拟场景中对这些异常管段进行标注，从而通过本发明提供的技术方案可直观地显示管道异常发生的具体管段，节省了用户面对管道异常的响应时间，减少管道传输状态异常所造成的损失，同时，提高了用户的沉浸感与参与感，让用户在三维虚拟环境中更真实地获取管道的三维状态和运行状态。

Description

一种基于VR的管道异常监测方法及系统
技术领域
本发明涉及石油管道监测技术领域，尤其是涉及一种基于VR的管道异常监测方法及系统。
背景技术
管道运输具有运量大，占地少，建设周期短，费用低等优点，已经成为了石油运输等运输的首选方式。然而随着使用年限的增加，管道逐渐老化，或受到外界因素的影响而产生腐蚀以及人为破坏行为，导致石油管道泄漏，严重危害了石油管道运输线路的安全，并造成原油损失以及环境污染等后果。因此，对管道场景及其状态进行真实地展现将有效地解决这一问题。
目前，在传统的管道监测及显示系统(如申请号为CN201910785504.1的中国发明专利)中，主要是通过各种传感器来采集管道特定位置的参数，如压力、温度以及流量等，再将传感器采集的数据通过无线通信模块发送给服务器，最后将服务器的数据传输到管道检测系统软件中进行显示。然而，现有的监测系统仅仅是对观测数据的显示以及是否有异常的结论显示，并不能直观地展现管道的三维状态以及管道异常的位置，因此无法给用户真实的感受。此外，现有的监测系统只能接收一种或少数几种传感器的数据，其发布平台也受到一定的限制。由此可见，传统的管道监测系统缺点是：管道的参数信息展示和异常区间展示不够直观，并且其扩展性也不足。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种基于VR的管道异常监测方法及系统，用以解决现有的管道监测系统中，管道的参数信息展示和异常区间展示不够直观的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于VR的管道异常监测方法，包括：
根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景；
获取并存储各个所述管段的运行参数信息；
根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；
根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。
在一些实施例中，根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景，具体包括：根据管道分段信息及管道形状信息，获取管道的三维模型；根据管道周边环境信息，获取管道周边环境的三维模型；根据管道的三维模型及管道周边环境的三维模型，获取管道的三维虚拟场景。
在一些实施例中，根据管道分段信息及管道形状信息，获取管道的三维模型，具体包括：获取管道分段信息及管道形状信息，其中，所述管道分段信息包括各个管段的长度及横截面积；根据管道分段信息及管道形状信息对管道进行建模，得到管道的基础模型；对所述管道的基础模型进行UV展开；对已完成UV展开的管道模型进行烘焙贴图操作；根据烘焙贴图操作后的管道模型得到管道的三维模型。
在一些实施例中，根据管道周边环境信息，获取管道周边环境的三维模型，具体包括：获取管道周边环境信息，所述管道周边环境信息包括管道周边地形高度、平滑程度及形状；创建地形网格；根据管道周边环境信息在所述地形网格中绘制虚拟场景中的地形，得到管道周边环境的三维模型。
在一些实施例中，获取并存储各个所述管段的运行参数信息，具体包括：获取各个所述管段的运行参数信息，其中，所述运行参数信息至少包括各个管段的编号、对应的管段内的压力值及检测时间；将各个所述管段的运行参数信息存储到管道运行数据库中。
在一些实施例中，所述运行参数信息为JSON格式。
在一些实施例中，所述管道运行数据库为MySQL数据库。
在一些实施例中，根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号，具体包括：获取各个管段内的压力值；对各个管段依次进行判断，若某一管段内的压力值与相邻的管段内的压力值之差大于预设压力差，则判定该管段发生流体泄漏；获取判定出现流体泄漏的管段的编号。
本发明还提供了一种基于VR的管道异常监测系统，包括三维场景构建模块、运行参数获取模块、异常管道判断模块及异常管道标注模块；
所述三维场景构建模块用于根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景；
所述运行参数获取模块用于获取并存储各个所述管段的运行参数信息；
所述异常管道判断模块用于根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；
所述异常管道标注模块用于根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于VR的管道异常监测方法的步骤。
与现有技术相比，本发明提出的技术方案的有益效果是：在使用时，当某些管段发生异常时，在三维虚拟场景中对这些异常管段进行标注，从而通过本发明提供的技术方案可直观地显示管道异常发生的具体管段，节省了用户面对管道异常的响应时间，减少管道传输状态异常所造成的损失，同时，提高了用户的沉浸感与参与感，让用户在三维虚拟环境中更真实地获取管道的三维状态和运行状态。
附图说明
图1是本发明提供的基于VR的管道异常监测方法的一实施例的流程示意图；
图2是图1中的步骤S1的流程示意图；
图3是图2中的步骤S11的流程示意图；
图4是图2中的步骤S12的流程示意图；
图5是图1中的步骤S2的流程示意图；
图6是图1中的步骤S3的流程示意图；
图7是图1中的管道异常监测方法的一实施例在发生异常之后的管道模拟图片；
图8是图7中异常管道颜色标注与详细信息。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1，本发明提供了一种基于VR的管道异常监测方法，包括：
S1、根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景，需要指出的是，本发明中提及的管道分段为虚拟分段，在实际应用时，整个管道可以为一个单一的长管道，也可以通过多节短管道进行连接得到的管道，虚拟分段时，可根据需要设定各个管段的长度，例如，在一个实施例中，每个管段的长度设定为3米，则须保证每个管段范围内均至少布置有一个运行参数检测器以检测各个管段范围内的运行参数信息(如管段内的流体压力及温度)；
S2、获取并存储各个所述管段的运行参数信息；
S3、根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；
S4、根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。
在使用时，当某些管段发生异常时，在三维虚拟场景中对这些异常管段进行标注，从而通过本发明提供的技术方案可直观地显示管道异常发生的具体管段，节省了用户面对管道异常的响应时间，减少管道传输状态异常所造成的损失，同时，提高了用户的沉浸感与参与感，让用户在三维虚拟环境中更真实地获取管道的三维状态和运行状态。
请参照图2，在一些实施例中，步骤S1具体包括：
S11、根据管道分段信息及管道形状信息，获取管道的三维模型；
S12、根据管道周边环境信息，获取管道周边环境的三维模型；
S13、根据管道的三维模型及管道周边环境的三维模型，获取管道的三维虚拟场景。
其中，请参照图3，步骤S11具体包括：
S111、获取管道分段信息及管道形状信息，其中，所述管道分段信息包括各个管段的长度及横截面积；
S112、根据管道分段信息及管道形状信息对管道进行建模，得到管道的基础模型，具体地，本实施例中，采用3DMAX软件对管道进行建模，得到管道的基础模型；
S113、对所述管道的基础模型进行UV展开，具体地，本实施例中，通过Unfold3d软件对管道的基础模型进行UV展开，随后导出.obj格式文件；
S114、对已完成UV展开的管道模型进行烘焙贴图操作，具体地，本实施例中，将导出的文件加载到Substance painter软件对已经展开好的管道模型进行烘焙贴图操作；
S115、根据烘焙贴图操作后的管道模型得到管道的三维模型，具体地，本实施例中，采用Unity3d软件将烘焙贴图操作后的管道模型转化得到管道的三维模型。
其中，请参照图4，步骤S12具体包括：
S121、获取管道周边环境信息，所述管道周边环境信息包括管道周边地形高度、平滑程度及形状；
S122、创建地形网格；
S123、根据管道周边环境信息在所述地形网格中绘制虚拟场景中的地形，并使用树木、草地等纹理资源对地形表面进行绘制，得到管道周边环境的三维模型。
请参照图5，在一些实施例中，步骤S2具体包括：
S21、获取各个所述管段的运行参数信息，其中，所述运行参数信息至少包括各个管段的编号、对应的管段内的压力值及检测时间；
优选地，所述运行参数信息为JSON格式，JSON格式轻量级的数据交换格式，在使用时，首先通过HttpUitls工具类的Get方法传入接口的url地址来获取返回的JSON字符串，JSON数据格式可以个性化定制，接着，对JSON格式的运行参数信息文件进行反序列化操作，解析JSON字符串，获取对应的实体类，随后就可以取出解析后的JSON数据里的运行参数信息的具体值，再将这些具体值存入管道运行数据库。
S22、将各个所述管段的运行参数信息存储到管道运行数据库中。具体地，所述管道运行数据库为MySQL数据库。
请参照图6，在一些实施例中，步骤S3具体包括：
S31、获取各个管段内的压力值；
S32、对各个管段依次进行判断，若某一管段内的压力值与相邻的管段内的压力值之差大于预设压力差，则判定该管段发生流体泄漏，其具体原理是：当管道发生泄漏时，泄漏点处由于管道内外的压差，液体流失，管内流体压力突然下降，泄漏点两边的液体由于存在压差而向泄漏点补充。因此，可以根据管压的突降来判定泄漏点。
S33、获取判定出现流体泄漏的管段的编号。
具体地，步骤S4中，在Unity3d中新建脚本来连接SQL中的创建的管道运行数据库。获取管道运行数据库中的管道信息，并将出现异常的管段的信息标注在该管段旁，并将泄漏区间标记为红色。同时将发生异常的管段详细参数标注在管道上方(如图7和图8所示)。系统使用者可通过VR硬件设备通过USB和HDMI接口连接上计算机，即可与虚拟管道监测系统进行交互操作。
本发明还提供了一种基于VR的管道异常监测系统，包括三维场景构建模块、运行参数获取模块、异常管道判断模块及异常管道标注模块；
所述三维场景构建模块用于根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景；
所述运行参数获取模块用于获取并存储各个所述管段的运行参数信息；
所述异常管道判断模块用于根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；
所述异常管道标注模块用于根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的基于VR的管道异常监测方法的步骤。
综上所述，本发明采用了基于VR的虚拟管道监测系统，具有三个方面的优点：其一是，本系统区别于传统的管道监测系统，采用VR技术，近乎真实地模拟出管道所处地段的周边场景以及管道的布置情况，使得本监测系统的使用者能沉浸式的观测到管道的三维状态，管道异常区间所处位置及详细参数，减少了操作人员面对异常的响应时间；其二是本系统使用Unity3d技术，传统的管道监测系统在设计开发时候就明确了要求发布的平台，如PC端或者移动端。而本系统能在全部工作完成后打包到多个平台进行发布使用，使得系统可扩展性强，易维护，部署方便。其三是本系统接收的数据格式是JSON数据格式，且数据内容可根据前端传感器所能提供的数据做个性化定制，因此，可对接各种类型的传感器。
本发明提供的技术方案的有益效果如下：
(1)运用VR技术来实现对管道异常情况下的监测，连接上VR硬件设备后，可以在虚拟的三维场景里迅速准确的观测到发生异常的管道区间、异常类型以及详细参数，并且能提高观测的沉浸感与真实感。
(2)本系统使用Unity3d开发，可以发布到多个平台，并且采用JSON作为数据通信方式，因此本系统的可扩展性强，为后期增加更多人机交互功能提供了便利。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，包括：
根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景；
获取并存储各个所述管段的运行参数信息；
根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；
根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。
2.根据权利要求1所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景，具体包括：
根据管道分段信息及管道形状信息，获取管道的三维模型；
根据管道周边环境信息，获取管道周边环境的三维模型；
根据管道的三维模型及管道周边环境的三维模型，获取管道的三维虚拟场景。
3.根据权利要求2所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，根据管道分段信息及管道形状信息，获取管道的三维模型，具体包括：
获取管道分段信息及管道形状信息，其中，所述管道分段信息包括各个管段的长度及横截面积；
根据管道分段信息及管道形状信息对管道进行建模，得到管道的基础模型；
对所述管道的基础模型进行UV展开；
对已完成UV展开的管道模型进行烘焙贴图操作；
根据烘焙贴图操作后的管道模型得到管道的三维模型。
4.根据权利要求2所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，根据管道周边环境信息，获取管道周边环境的三维模型，具体包括：
获取管道周边环境信息，所述管道周边环境信息包括管道周边地形高度、平滑程度及形状；
创建地形网格；
根据管道周边环境信息在所述地形网格中绘制虚拟场景中的地形，得到管道周边环境的三维模型。
5.根据权利要求1所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，获取并存储各个所述管段的运行参数信息，具体包括：
获取各个所述管段的运行参数信息，其中，所述运行参数信息至少包括各个管段的编号、对应的管段内的压力值及检测时间；
将各个所述管段的运行参数信息存储到管道运行数据库中。
6.根据权利要求5所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，所述运行参数信息为JSON格式。
7.根据权利要求5所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，所述管道运行数据库为MySQL数据库。
8.根据权利要求5所述的基于VR的管道异常监测方法，其特征在于，根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号，具体包括：
获取各个管段内的压力值；
对各个管段依次进行判断，若某一管段内的压力值与相邻的管段内的压力值之差大于预设压力差，则判定该管段发生流体泄漏；
获取判定出现流体泄漏的管段的编号。
9.一种基于VR的管道异常监测系统，其特征在于，包括三维场景构建模块、运行参数获取模块、异常管道判断模块及异常管道标注模块；
所述三维场景构建模块用于根据管道分段信息、管道形状信息及管道周边环境信息，构建包含有若干个管段的管道的三维虚拟场景；
所述运行参数获取模块用于获取并存储各个所述管段的运行参数信息；
所述异常管道判断模块用于根据各个所述管段的运行参数信息，获取异常管段的编号；
所述异常管道标注模块用于根据异常管段的编号，在已构建的管道的三维虚拟场景中标注异常管段。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述的基于VR的管道异常监测方法的步骤。
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